JP2003054907A - Hydrogen producing apparatus - Google Patents

Hydrogen producing apparatus

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JP2003054907A
JP2003054907A JP2001243211A JP2001243211A JP2003054907A JP 2003054907 A JP2003054907 A JP 2003054907A JP 2001243211 A JP2001243211 A JP 2001243211A JP 2001243211 A JP2001243211 A JP 2001243211A JP 2003054907 A JP2003054907 A JP 2003054907A
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JP
Japan
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reforming
cooling
water
liquid refrigerant
section
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Application number
JP2001243211A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshimasa Negishi
良昌 根岸
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To stably cool a reformed gas in a hydrogen producing apparatus. SOLUTION: This apparatus for producing a hydrogen enriched gas by reforming a raw material such as alcohol is constituted as follows. A cooler 30 is provided between a reforming part 20 and a shift part 40 to cool a high temperature reformed gas produced in the reforming part 20. The cooling is performed by jetting water to a flow passage 31 for the reformed gas by an injector 33. Because all of the water jetted as fine liquid drops is immediately evaporated, good correlation is kept between the jetting quantity and the cooling quantity. Thus, the cooling accuracy is improved. Further, the quantity of steam produced in the cooler 30 is stabilized, so the steam can be stably supplied to the reforming part 20.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、水素を含有する所
定の原料から、水素リッチなガスを生成する水素生成装
置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a hydrogen generator for producing a hydrogen-rich gas from a predetermined raw material containing hydrogen.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、水素と空気の電気化学反応によっ
て発電する燃料電池がエネルギ源として注目されてい
る。燃料電池の燃料となる水素は、例えば、所定の原料
の改質によって生成される。改質の原料として、一般に
は、ガソリン、天然ガスその他の炭化水素、アルコー
ル、エーテル、アルデヒドなどが用いられる。原料から
水素を得るための反応としては、原料と空気または水蒸
気から水素を含む改質ガスを得る改質反応が知られてい
る。前者を部分酸化、後者を水蒸気改質と呼ぶこともあ
る。改質ガスには、この反応に併せて生成される一酸化
炭素、二酸化炭素も含まれる。改質反応には、一酸化炭
素と水蒸気とから水素と二酸化とを生成するシフト反応
が併用されることもある。シフト反応は、ガソリン、天
然ガスその他の炭化水素を原料とする場合に併用される
ことが多い。
2. Description of the Related Art In recent years, fuel cells, which generate electricity by an electrochemical reaction of hydrogen and air, have been attracting attention as an energy source. Hydrogen serving as a fuel for the fuel cell is generated, for example, by reforming a predetermined raw material. As a raw material for reforming, gasoline, natural gas and other hydrocarbons, alcohols, ethers, aldehydes and the like are generally used. As a reaction for obtaining hydrogen from a raw material, a reforming reaction for obtaining a reformed gas containing hydrogen from the raw material and air or steam is known. The former is sometimes called partial oxidation and the latter is sometimes called steam reforming. The reformed gas also includes carbon monoxide and carbon dioxide that are produced in association with this reaction. A shift reaction for producing hydrogen and dioxide from carbon monoxide and water vapor may be used in combination with the reforming reaction. The shift reaction is often used together when gasoline, natural gas or other hydrocarbons are used as a raw material.

【0003】改質反応は、一般に500〜700℃とい
う高温で行われるのに対し、シフト反応は200〜25
0℃程度で行われる。従って、両反応を併用するために
は、改質ガスをシフト反応に適した温度にまで冷却する
必要がある。効率的な冷却を実現するために、冷媒とし
ての水の気化による冷却、即ち、水の潜熱を利用した冷
却が提案されている。
The reforming reaction is generally carried out at a high temperature of 500 to 700 ° C., while the shift reaction is 200 to 25 ° C.
It is performed at about 0 ° C. Therefore, in order to use both reactions together, it is necessary to cool the reformed gas to a temperature suitable for the shift reaction. In order to realize efficient cooling, cooling by vaporization of water as a refrigerant, that is, cooling using latent heat of water has been proposed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、潜熱を利用し
た冷却は、安定した制御が非常に困難であった。加熱体
に供給された冷却水は、例えば、加熱した鉄板に水をこ
ぼした際の現象から経験的に想像される通り、激しく脈
動を伴って気化する。また、加熱体の表面が撥水されて
いるかのように冷却水がその表面を滑っていくライデン
フロスト現象と呼ばれる現象も生じる。これらの要因に
より、冷却水の気化量は、非常に不安定となるため、安
定した温度制御をすることができなかった。
However, stable control of cooling utilizing latent heat has been extremely difficult. The cooling water supplied to the heating body is vaporized with violent pulsation, as is empirically imagined from a phenomenon when water is spilled on a heated iron plate. Further, a phenomenon called Leidenfrost phenomenon occurs in which the cooling water slides on the surface of the heating body as if the surface of the heating body is water repellent. Due to these factors, the vaporization amount of the cooling water becomes very unstable, so that stable temperature control cannot be performed.

【0005】また、不安定な気化は、水蒸気の利用とい
う面でも弊害があった。例えば、冷却によって生成され
た水蒸気を水蒸気改質に利用する場合を考える。水蒸気
改質では、原料に対して水蒸気が不足すると、炭素が析
出する現象が確認されている。冷却水の気化が不安定な
場合には、水蒸気の不足、ひいては炭素の析出を招き易
いという課題があった。
In addition, unstable vaporization has a bad effect on the use of water vapor. For example, consider the case where steam generated by cooling is used for steam reforming. In steam reforming, it has been confirmed that carbon is precipitated when steam is insufficient for the raw material. When the vaporization of the cooling water is unstable, there is a problem that water vapor is insufficient and carbon is likely to be precipitated.

【0006】ここでは、改質ガスの冷却を例にとって課
題を説明したが、その一部は、液体冷媒を用いる冷却一
般に共通する。本発明は、これらの課題を解決するため
になされたものであり、液体冷媒の潜熱を利用した冷却
の温度制御の精度向上を図ることを目的とする。また、
水素生成装置においては、冷却時に生成された水蒸気の
有効活用を図ることを目的とする。
Here, the problem has been described by taking the cooling of the reformed gas as an example, but a part thereof is common to the general cooling using the liquid refrigerant. The present invention has been made to solve these problems, and an object of the present invention is to improve the accuracy of temperature control of cooling using latent heat of a liquid refrigerant. Also,
The purpose of the hydrogen generator is to effectively utilize the steam generated during cooling.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
述の課題の少なくとも一部を解決するために、本発明で
は、所定の原料の改質により水素リッチなガスを生成す
る水素生成装置において、改質部と冷却機構とを備える
ものとした。改質部は、原料の改質を行う反応器であ
る。原料としては、例えば、ガソリン、天然ガスその他
の炭化水素、アルコール、エーテル、アルデヒドなどを
用いることができる。改質反応としては、原料の部分酸
化、水蒸気改質が挙げられる。両者を併用するオートサ
ーマル型としてもよい。
Means for Solving the Problems and Their Actions / Effects In order to solve at least some of the above problems, the present invention provides a hydrogen generator that reforms a predetermined raw material to generate a hydrogen-rich gas, The reforming section and the cooling mechanism are provided. The reforming section is a reactor that reforms the raw material. As the raw material, for example, gasoline, natural gas and other hydrocarbons, alcohol, ether, aldehyde and the like can be used. Examples of the reforming reaction include partial oxidation of the raw material and steam reforming. It is also possible to use an autothermal type in which both are used in combination.

【0008】冷却機構は、第1の構成として、種々の構
成を適用可能である。第1の構成として、改質ガスの流
路の外表面に対し、液体冷媒を噴射する噴射器と、液体
冷媒の噴射量によって前記改質ガスの温度を制御する制
御部とを備える。流路とは、改質ガスが流れる構造体を
意味し、単なる配管等の他、改質ガスを用いた反応部も
含む。液体冷媒は、改質ガスの温度、冷却後の目標温度
などに応じて適宜選択することができる。噴射器は、種
々の形式を適用可能であり、例えば、電磁的に開閉デュ
ーティを調整することで噴射量を制御可能なインジェク
タを利用することができる。本明細書において、噴射と
は、液体冷媒を微細な液滴状態にして吹き付けることを
意味しており、非常に微細化した液体の噴射、即ち噴霧
も含む。制御部は、改質ガスの温度が目標温度となるよ
う噴射器からの噴射量を制御する。制御方法は、閉ルー
プ制御、開ループ制御のいずれであってもよい。前者と
しては、例えば、冷却後の改質ガスの温度等に基づくフ
ィードバック制御が考えられる。後者としては、改質器
の負荷、改質部の温度などに基づくフィードフォワード
制御が考えられる。閉ループ制御と開ループ制御を併用
するものとしてもよい。
Various configurations can be applied to the cooling mechanism as the first configuration. As a first configuration, an injector for injecting a liquid refrigerant onto the outer surface of the flow path of the reformed gas, and a control unit for controlling the temperature of the reformed gas by the injection amount of the liquid refrigerant are provided. The flow path means a structure through which the reformed gas flows, and includes not only simple pipes but also a reaction part using the reformed gas. The liquid refrigerant can be appropriately selected according to the temperature of the reformed gas, the target temperature after cooling, and the like. Various types of injectors can be applied, and for example, an injector that can control the injection amount by electromagnetically adjusting the opening / closing duty can be used. In this specification, jetting means spraying a liquid refrigerant in the form of fine liquid droplets, and also includes jetting of a very fine liquid, that is, spraying. The control unit controls the injection amount from the injector so that the temperature of the reformed gas becomes the target temperature. The control method may be either closed loop control or open loop control. As the former, for example, feedback control based on the temperature of the reformed gas after cooling can be considered. As the latter, feedforward control based on the load of the reformer, the temperature of the reforming section, and the like can be considered. The closed loop control and the open loop control may be used together.

【0009】本発明の水素生成装置によれば、液体冷媒
の噴射によって改質ガスの冷却を行うことができる。微
細化されて流路に吹き付けられることにより、液体冷媒
は、直ちに蒸発する。従って、冷却によって流路から奪
われる熱量、即ち冷却量と噴射量が良好な相関を保つこ
とができ、安定的かつ精度良く冷却をすることができ
る。また、噴射後、直ちに蒸発が生じるため、冷却の応
答性が向上する利点もある。
According to the hydrogen generator of the present invention, the reformed gas can be cooled by injecting the liquid refrigerant. The liquid refrigerant immediately evaporates by being atomized and sprayed on the flow path. Therefore, it is possible to maintain a good correlation between the amount of heat taken from the flow path by cooling, that is, the cooling amount and the injection amount, and it is possible to perform stable and accurate cooling. Further, since vaporization occurs immediately after the injection, there is also an advantage that the response of cooling is improved.

【0010】冷却機構は、上述した第1の構成に代わる
第2の構成として、液体冷媒が浸透可能な浸透部で改質
ガスの流路の少なくとも一部を被覆し、この浸透部に液
体冷媒を供給する構成を採ることもできる。浸透部は、
例えば、網、焼結金属、多孔質体、溝などのウィックを
適用することができる。温度は、浸透部への液体冷媒の
供給量によって制御可能である。液体冷媒は種々の供給
方法が可能であり、第1の構成と同様、噴射するものと
してもよい。
As a second configuration in place of the above-described first configuration, the cooling mechanism covers at least a part of the reformed gas flow path with a permeation section through which the liquid refrigerant can permeate, and the permeation section is covered with the liquid refrigerant. Can also be adopted. The penetration part is
For example, a wick such as a net, a sintered metal, a porous body, or a groove can be applied. The temperature can be controlled by the amount of liquid refrigerant supplied to the permeation section. Various supply methods can be used for the liquid refrigerant, and the liquid refrigerant may be injected as in the first configuration.

【0011】第2の構成によれば、液体冷媒が、浸透部
に浸透するため、液体冷媒の噴射が困難な部位について
も効率的に冷却することができる。また、浸透部内で
は、液体冷媒は微細化されているのと同様の状態にある
ため、第1の構成と同じく、気化の応答性向上、気化量
の安定化を図ることができる。
According to the second structure, since the liquid refrigerant permeates the permeating portion, it is possible to efficiently cool the portion where the liquid refrigerant is difficult to jet. In addition, since the liquid refrigerant is in the same state as being miniaturized in the permeation section, it is possible to improve the vaporization response and stabilize the vaporization amount, as in the first configuration.

【0012】冷却機構に第1の構成および第2の構成の
いずれを適用するかに関わらず、本発明の水素生成装置
においては、更に、以下に示す種々の構成を適用するこ
とが可能である。
Regardless of which of the first configuration and the second configuration is applied to the cooling mechanism, the hydrogen generating apparatus of the present invention can be applied with various configurations described below. .

【0013】例えば、液体冷媒として水を利用すること
ができ、改質部の反応に水蒸気改質が含まれる場合に
は、冷却機構で生成された水蒸気を改質部に供給する水
蒸気供給機構を備えることが望ましい。こうすることに
より、冷却によって生成された水蒸気を改質反応に有効
活用することができる。本発明では、冷却機構での水蒸
気生成量が安定するため、改質反応に適した水蒸気量を
安定して確保することができる。従って、水蒸気不足に
伴う炭素析出などの弊害を抑制することが可能である。
For example, when water can be used as a liquid refrigerant and the reforming section reaction includes steam reforming, a steam supply mechanism for supplying the steam generated by the cooling mechanism to the reforming section is used. It is desirable to prepare. By doing so, the steam generated by cooling can be effectively utilized in the reforming reaction. In the present invention, since the amount of steam generated in the cooling mechanism is stable, the amount of steam suitable for the reforming reaction can be stably secured. Therefore, it is possible to suppress the harmful effects such as carbon deposition due to insufficient steam.

【0014】本発明においては、冷却機構に液体冷媒と
して水を供給するための圧力室を備えることも望まし
い。この圧力室は、冷却機構に液体冷媒を供給するため
の供給口と、供給口とは別に、所定以上の内圧時に水を
排出する保圧弁とを備える構成を採ることができる。こ
うすることにより、冷却機構への液体冷媒の供給量をよ
り安定させることができる。
In the present invention, it is also desirable to provide the cooling mechanism with a pressure chamber for supplying water as a liquid refrigerant. This pressure chamber can be configured to include a supply port for supplying the liquid refrigerant to the cooling mechanism, and a pressure maintaining valve for discharging water when the internal pressure is equal to or higher than a predetermined value, separately from the supply port. By doing so, the supply amount of the liquid refrigerant to the cooling mechanism can be more stabilized.

【0015】圧力室を設ける場合には、更に、水蒸気供
給機構によって、保圧弁から排出された水を併せて改質
部に供給することが望ましい。こうすることにより、保
圧弁から排出される水も併せて改質反応に有効活用する
ことができる。
When the pressure chamber is provided, it is desirable that the water discharged from the pressure holding valve is also supplied to the reforming section by the steam supply mechanism. By doing so, the water discharged from the pressure holding valve can also be effectively utilized in the reforming reaction.

【0016】更に、かかる構成においては、圧力室への
水の供給量を調整可能な調整機構を備えるものとし、冷
却機構への水の供給量と圧力室への水の供給量を共に制
御することが望ましい。前者は、温度の制御の観点で行
うことができる。後者は、改質部で要求される水蒸気量
に基づいて制御することができる。こうすることで、改
質ガスの冷却に関する要求と、改質の反応量に関する要
求とを両立させることができる。
Further, in such a structure, an adjusting mechanism capable of adjusting the amount of water supplied to the pressure chamber is provided, and both the amount of water supplied to the cooling mechanism and the amount of water supplied to the pressure chamber are controlled. Is desirable. The former can be performed from the viewpoint of temperature control. The latter can be controlled based on the amount of steam required in the reforming section. By doing so, it is possible to satisfy both the requirement regarding the cooling of the reformed gas and the requirement regarding the reaction amount of the reforming.

【0017】本発明は、改質部の下流にシフト部を備え
る水素生成装置において、冷却機構の少なくとも一部
を、改質部とシフト部の間に設ける場合に有用性が高
い。シフト部とは、改質ガス中の一酸化炭素と水蒸気か
ら水素と二酸化炭素を生成させるシフト反応を行う反応
器を言う。一般に改質部に比較してシフト部の反応温度
は低いため、改質ガスの速やかで精度のよい冷却が要求
される。本発明によれば、かかる要求に合致した冷却を
行うことができる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is highly useful in a hydrogen generator equipped with a shift section downstream of the reforming section when at least a part of the cooling mechanism is provided between the reforming section and the shift section. The shift section refers to a reactor that performs a shift reaction in which hydrogen and carbon dioxide are produced from carbon monoxide and steam in the reformed gas. Generally, the reaction temperature of the shift section is lower than that of the reforming section, so that the reformed gas needs to be cooled promptly and accurately. According to the present invention, it is possible to perform cooling that meets such requirements.

【0018】以上の説明では、冷却機構は、改質ガスの
流路を冷却するものとして説明したが、併せて、改質
部、シフト部などの冷却を行うものとしてもよい。燃料
電池など生成された水素の消費系の冷却を行うものとし
てもよい。本発明は、上述した水素生成装置としての態
様の他、水素生成方法、水素生成装置における冷却制御
方法などの態様で構成可能である。また、水素生成装置
に拘わらず、一般の加熱体を冷却する冷却装置の態様で
構成することも可能である。
In the above description, the cooling mechanism has been described as cooling the flow path of the reformed gas, but in addition, the cooling mechanism may cool the reforming portion, the shift portion and the like. It is also possible to cool the consumption system of the generated hydrogen such as a fuel cell. The present invention can be configured as a hydrogen generation method, a cooling control method in the hydrogen generation apparatus, and the like, in addition to the above-described hydrogen generation apparatus. Further, regardless of the hydrogen generator, it is also possible to configure in the form of a cooling device for cooling a general heating body.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】A.第1実施例:図1は第1実施
例としての燃料電池システムの概略構成を示す説明図で
ある。本システムは、水素消費系としての燃料電池60
と、原料の改質によって水素を生成する水素生成装置と
から構成される。燃料電池60は、酸素極61に供給さ
れる空気中の酸素と、水素極62に供給される水素の電
気化学反応によって発電する装置である。燃料電池60
は、種々の型を利用可能であるが、本実施例では、固体
高分子電解質膜型を利用した。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A. First Embodiment: FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system as a first embodiment. This system uses a fuel cell 60 as a hydrogen consumption system.
And a hydrogen generator that generates hydrogen by reforming the raw material. The fuel cell 60 is a device that generates electricity by an electrochemical reaction between oxygen in the air supplied to the oxygen electrode 61 and hydrogen supplied to the hydrogen electrode 62. Fuel cell 60
Although various types can be used, in this example, the solid polymer electrolyte membrane type was used.

【0020】水素を生成するための原料は、例えば、例
えば、ガソリン、天然ガスその他の炭化水素、アルコー
ル、エーテル、アルデヒドなどを用いることができる。
本実施例では、天然ガスを主成分とする都市ガスを原料
として用いるものとした。これらの原料は、水と併せて
加熱部10に供給され、改質に適した温度まで加熱され
る。本実施例では、約500〜700℃まで加熱され
る。加熱された原料等は、改質部20に供給される。加
熱部10に供給される原料、水の量は、改質部20に供
給される水と原料の比率が約3となるよう調整される。
As the raw material for producing hydrogen, for example, gasoline, natural gas or other hydrocarbon, alcohol, ether, aldehyde, etc. can be used.
In this embodiment, city gas containing natural gas as a main component is used as a raw material. These raw materials are supplied to the heating unit 10 together with water and heated to a temperature suitable for reforming. In this embodiment, the temperature is raised to about 500 to 700 ° C. The heated raw material and the like are supplied to the reforming unit 20. The amounts of the raw material and water supplied to the heating unit 10 are adjusted so that the ratio of the water and the raw material supplied to the reforming unit 20 is about 3.

【0021】加熱部10は、原料の水蒸気改質を行う反
応器である。水蒸気改質とは、原料と水から水素を含む
改質ガスを生成する吸熱反応をいう。この反応に併せて
一酸化炭素、二酸化炭素も生成される。改質部20に
は、この反応に適した触媒が担持されている。触媒は、
原料の種類等に応じて選択可能であり、例えば、白金、
ルテニウム、ロジウムなどの貴金属触媒、銅―亜鉛系、
鉄―クロム系などの卑金属触媒を用いることができる。
改質部20では、水蒸気改質と併せて部分酸化反応を行
うオートサーマル型としてもよい。部分酸化反応とは、
原料と酸素から水素を含む改質ガスを生成する発熱反応
をいう。この反応に併せて一酸化炭素、二酸化炭素も生
成される。水蒸気改質と部分酸化反応を併用することに
より、外部から加える熱を抑制することができる。
The heating unit 10 is a reactor for steam reforming the raw material. Steam reforming is an endothermic reaction that produces a reformed gas containing hydrogen from a raw material and water. In addition to this reaction, carbon monoxide and carbon dioxide are also produced. The reforming section 20 carries a catalyst suitable for this reaction. The catalyst is
It can be selected according to the type of raw material, for example, platinum,
Noble metal catalysts such as ruthenium and rhodium, copper-zinc system,
A base metal catalyst such as an iron-chromium system can be used.
The reforming unit 20 may be of an autothermal type that performs partial oxidation reaction in combination with steam reforming. What is a partial oxidation reaction?
An exothermic reaction that produces a reformed gas containing hydrogen from a raw material and oxygen. In addition to this reaction, carbon monoxide and carbon dioxide are also produced. By using steam reforming and partial oxidation reaction together, heat applied from the outside can be suppressed.

【0022】改質部20で生成された高温の改質ガス
は、冷却機30を介してシフト部40に供給される。シ
フト部40は、改質ガス中の一酸化炭素と水から水素と
二酸化炭素を生成するシフト反応を生じさせる反応器で
ある。シフト部40には、この反応に適した触媒が担持
されている。改質部20と同様な触媒が適用可能であ
る。
The high-temperature reformed gas generated in the reforming section 20 is supplied to the shift section 40 via the cooler 30. The shift unit 40 is a reactor that causes a shift reaction to generate hydrogen and carbon dioxide from carbon monoxide and water in the reformed gas. The shift section 40 carries a catalyst suitable for this reaction. A catalyst similar to that used in the reforming section 20 can be applied.

【0023】シフト部40の下流には、CO酸化部50
が設けられている。CO酸化部50は、シフト部40で
未処理の一酸化炭素を選択的に酸化する反応器である。
CO酸化部50には、この反応に適した触媒が担持され
ている。改質部と同様な触媒が適用可能である。
A CO oxidation unit 50 is provided downstream of the shift unit 40.
Is provided. The CO oxidation unit 50 is a reactor that selectively oxidizes untreated carbon monoxide in the shift unit 40.
The CO oxidation part 50 carries a catalyst suitable for this reaction. A catalyst similar to that used in the reforming section can be applied.

【0024】改質部20の反応温度が500〜700℃
であるのに対し、シフト部40の反応温度は、200〜
250℃程度である。シフト反応は、平衡反応であり、
高温下では、一酸化炭素の濃度が高くなる。例えば、約
700℃では、一酸化炭素の濃度が約8%となることが
知られている。これに対し、約250℃では、約0.5
%に激減する。CO酸化部50も約200℃の反応温度
とすることが好ましい。これ以上の高温環境下では、一
酸化炭素のみならず改質ガス中の水素が酸化される比率
が高くなることが知られている。
The reaction temperature of the reforming section 20 is 500 to 700 ° C.
On the other hand, the reaction temperature of the shift section 40 is 200 to
It is about 250 ° C. The shift reaction is an equilibrium reaction,
At high temperatures, the concentration of carbon monoxide increases. For example, it is known that the concentration of carbon monoxide is about 8% at about 700 ° C. On the other hand, at about 250 ° C, about 0.5
Drastically reduced to%. It is preferable that the CO oxidation unit 50 also has a reaction temperature of about 200 ° C. It is known that, in a higher temperature environment than this, not only carbon monoxide but also hydrogen in the reformed gas is oxidized at a high ratio.

【0025】冷却機30は、上述の理由から、改質ガス
を約200℃まで冷却するための機構である。冷却機3
0は、改質ガスが通過する流路31の周囲に、冷媒とし
ての水を噴射する噴射室32が設けられている。本実施
例では、噴射室32と流路31とを壁で仕切り、噴射室
に噴射された水が流路31に混入しないようにした。噴
射室に噴射された水滴は、直ちに気化する。この水蒸気
は、噴射室32に接続された配管によって加熱部10に
供給され、改質反応に利用される。
The cooler 30 is a mechanism for cooling the reformed gas to about 200 ° C. for the above reason. Cooler 3
In No. 0, an injection chamber 32 for injecting water as a refrigerant is provided around the flow path 31 through which the reformed gas passes. In this embodiment, the injection chamber 32 and the flow passage 31 are separated by a wall so that the water injected into the injection chamber does not mix into the flow passage 31. The water droplets injected into the injection chamber immediately vaporize. This steam is supplied to the heating unit 10 through a pipe connected to the injection chamber 32 and used for the reforming reaction.

【0026】噴射室への噴射は、複数のインジェクタ3
3から行われる。水はポンプ34によって各インジェク
タ33に加圧供給されており、インジェクタ33の開閉
のデューティを電磁的に制御することで、噴射量を制御
することができる。
Injection into the injection chamber is performed by a plurality of injectors 3.
It starts from 3. The water is pressurized and supplied to each injector 33 by the pump 34, and the injection amount can be controlled by electromagnetically controlling the opening / closing duty of the injector 33.

【0027】ポンプ34からの水の供給量およびインジ
ェクタ33による噴射量は、制御ユニット70によって
制御される。制御ユニット70は、内部にCPU、メモ
リ等を備えたマイクロコンピュータであり、ソフトウェ
ア的に各制御を実行するものとした。もちろん、これら
の制御は、専用の制御回路によってハードウェア的に実
行するものとしてもよい。
The supply amount of water from the pump 34 and the injection amount of the injector 33 are controlled by the control unit 70. The control unit 70 is a microcomputer having a CPU, a memory, etc. inside, and executes each control by software. Of course, these controls may be executed by hardware by a dedicated control circuit.

【0028】水の供給量および噴射量の制御には、改質
ガスの温度に基づくフィードバック制御を適用すること
ができる。かかる制御を実現するため、制御ユニット7
0には、改質ガスの温度を検出する温度センサ71から
の信号が入力される。更に、燃料電池システムの負荷変
動への追随性を向上するため、改質部の負荷および改質
部の温度などに基づき、冷却によって奪うべき熱量、即
ち、冷却量を推定するフィードフォワード制御を組み合
わせることが望ましい。噴射量は、例えば、噴射室32
に噴射された水が全て気化するものとし、そのための潜
熱が必要な冷却量に合致するよう設定すればよい。
Feedback control based on the temperature of the reformed gas can be applied to control the amount of water supplied and the amount of water injected. In order to realize such control, the control unit 7
A signal from the temperature sensor 71 that detects the temperature of the reformed gas is input to 0. Furthermore, in order to improve the followability to the load fluctuation of the fuel cell system, a combination of feedforward control for estimating the amount of heat to be taken by cooling, that is, the cooling amount, based on the load of the reforming unit and the temperature of the reforming unit, etc. Is desirable. The injection amount is, for example, the injection chamber 32.
It is assumed that all of the water sprayed to is vaporized, and the latent heat for that is set to match the required cooling amount.

【0029】以上で説明した第1実施例の水素生成装置
によれば、水の噴霧を利用することにより、改質ガスを
効率的に冷却することができる。インジェクタ33によ
って微細な水滴とすることによって、噴射された水を直
ちに気化させることができるからである。気化する水の
量に脈動が生じないため、冷却量を安定させることがで
きる。また、直ちに気化するため、冷却の応答性が向上
し、冷却精度を向上させることができる。
According to the hydrogen generator of the first embodiment described above, the reformed gas can be efficiently cooled by utilizing the spray of water. This is because the injected water can be immediately vaporized by forming fine water droplets by the injector 33. Since the amount of water vaporized does not pulsate, the amount of cooling can be stabilized. In addition, since the gas is immediately vaporized, the cooling response can be improved and the cooling accuracy can be improved.

【0030】第1実施例の構成によれば、改質ガスの温
度を200℃に制御した結果、シフト部40の出口温度
を約225℃に抑えることができた。この結果、一酸化
炭素の濃度を、十分な冷却を行わない場合の値8%から
0.4%に激減させることができた。最終的にCO酸化
部50の出口において、ガスの組成は、水素63%、二
酸化炭素16.5%、窒素2.6%、水蒸気17.9
%、一酸化炭素3ppmであった。
According to the configuration of the first embodiment, the temperature of the reformed gas is controlled to 200 ° C., and as a result, the outlet temperature of the shift section 40 can be suppressed to about 225 ° C. As a result, it was possible to drastically reduce the concentration of carbon monoxide from the value of 8% obtained without sufficient cooling to 0.4%. Finally, at the outlet of the CO oxidation unit 50, the composition of gas is as follows: hydrogen 63%, carbon dioxide 16.5%, nitrogen 2.6%, water vapor 17.9.
% And carbon monoxide 3 ppm.

【0031】第1実施例では、水の気化が安定する結
果、生成される水蒸気の量も安定する。インジェクタ3
3から噴霧された水の量と生成される水蒸気の量が良好
な相関を保つため、生成された水蒸気を改質部20に安
定して供給することができる利点もある。この結果、改
質部20において、水蒸気不足に起因する炭素の析出が
抑制される。
In the first embodiment, as a result of stable vaporization of water, the amount of steam produced is also stable. Injector 3
Since the amount of water sprayed from No. 3 and the amount of generated steam maintain a good correlation, there is also an advantage that the generated steam can be stably supplied to the reforming section 20. As a result, in the reforming section 20, precipitation of carbon due to insufficient steam is suppressed.

【0032】第1実施例では、噴射室32で生成された
水蒸気を改質に利用するものとしたが、他の用途への利
用または廃棄しても構わない。
In the first embodiment, the steam generated in the injection chamber 32 is used for reforming, but it may be used for other purposes or discarded.

【0033】B.第2実施例:図2は第2実施例として
の燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。冷
却機への水の供給系統の構造が第1実施例と相違する。
その他の構成は、第1実施例と同様であるため、相違点
についてのみ説明する。
B. Second Embodiment: FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system as a second embodiment. The structure of the water supply system to the cooler differs from that of the first embodiment.
Other configurations are similar to those of the first embodiment, and therefore only different points will be described.

【0034】第2実施例では、ポンプ34から排出され
た水は、圧力室35を介してインジェクタ33に供給さ
れる。ポンプ34の排出圧力は、圧力室35の内圧より
も十分高いものとする。圧力室35には、保圧弁36が
設けられている。内圧が規定値を超えると、保圧弁36
が開弁し、水が圧力室35から排出される。排出された
水は、噴射室32で生成された水蒸気とともに加熱部1
0に供給され、改質に利用される。
In the second embodiment, the water discharged from the pump 34 is supplied to the injector 33 via the pressure chamber 35. The discharge pressure of the pump 34 is sufficiently higher than the internal pressure of the pressure chamber 35. A pressure holding valve 36 is provided in the pressure chamber 35. If the internal pressure exceeds the specified value, the pressure holding valve 36
Is opened and water is discharged from the pressure chamber 35. The discharged water is heated by the heating unit 1 together with the steam generated in the injection chamber 32.
0 and is used for reforming.

【0035】制御ユニット70Aは、第1実施例と同様
のマイクロコンピュータであり、ポンプ34からの供給
量、インジェクタ33からの噴射量を制御する。第1実
施例では、改質ガスの冷却を考慮して供給量等を制御し
たのに対し、第2実施例では、冷却と改質部20への水
蒸気の供給とを考慮して制御する点で相違する。つま
り、制御ユニット70Aは、冷却に必要な水量に基づい
て噴射量を制御し、改質部20への水蒸気の供給量に基
づいてポンプ34からの供給量を制御する。かかる制御
は、次に示すフローチャートによって実現される。
The control unit 70A is a microcomputer similar to that of the first embodiment, and controls the supply amount from the pump 34 and the injection amount from the injector 33. In the first embodiment, the supply amount and the like are controlled in consideration of cooling of the reformed gas, whereas in the second embodiment, control is performed in consideration of cooling and supply of steam to the reforming section 20. Is different. That is, the control unit 70A controls the injection amount based on the amount of water required for cooling, and controls the supply amount from the pump 34 based on the supply amount of steam to the reforming section 20. Such control is realized by the flowchart shown below.

【0036】図3は水供給量制御処理のフローチャート
である。制御ユニット70Aが実行する処理である。こ
の処理が開始されると、制御ユニット70Aは、要求水
素量を入力し(ステップS10)、これに基づいて改質
に必要な水蒸気量を確保するために必要な水供給量W1
を設定する(ステップS12)。要求水素量と水供給量
W1との関係は、予め実験または解析等によって特定し
ておけばよい。
FIG. 3 is a flowchart of the water supply amount control process. This is a process executed by the control unit 70A. When this process is started, the control unit 70A inputs the required hydrogen amount (step S10), and based on this, the water supply amount W1 required to secure the amount of steam necessary for reforming.
Is set (step S12). The relationship between the required hydrogen amount and the water supply amount W1 may be specified in advance by experiments or analysis.

【0037】次に、制御ユニット70Aは、改質ガスの
温度を入力し(ステップS14)、冷却に必要な水量W
2を設定する(ステップS16)。水量W2は、改質ガ
スの温度と目標温度との差に基づいて設定することがで
きる。水量W2の設定には、第1実施例と同様、要求水
素量および改質部20の温度などの要素を考慮するフィ
ードフォワード制御を組み合わせてもよい。
Next, the control unit 70A inputs the temperature of the reformed gas (step S14), and the amount of water W required for cooling is W.
2 is set (step S16). The water amount W2 can be set based on the difference between the temperature of the reformed gas and the target temperature. As with the first embodiment, feedforward control that considers factors such as the required hydrogen amount and the temperature of the reforming section 20 may be combined to set the water amount W2.

【0038】制御ユニット70Aは、こうして設定され
た2つの流量W1,W2のうち大きい方を確保するよう
ポンプ34の駆動を制御する(ステップS18)。こう
することにより、必要な流量W1,W2を不足なく賄う
ことが可能となる。一方、インジェクタ33は、冷却に
必要な水量W2を噴射するよう、デューティ制御される
(ステップS20)。
The control unit 70A controls the drive of the pump 34 so as to secure the larger one of the two flow rates W1 and W2 thus set (step S18). By doing so, it becomes possible to cover the required flow rates W1 and W2 without deficiency. On the other hand, the injector 33 is duty-controlled so as to inject the water amount W2 required for cooling (step S20).

【0039】改質に必要な水供給量W1が、冷却に必要
な水量W2を下回っている場合、ポンプ34からは冷却
に必要な水量W2が供給される。従って、供給された水
は、全てインジェクタ33で噴射され、気化された後、
改質部20に供給されることになる。
When the water supply amount W1 required for reforming is less than the water amount W2 required for cooling, the water amount W2 required for cooling is supplied from the pump 34. Therefore, after all the supplied water is injected by the injector 33 and vaporized,
It is supplied to the reforming section 20.

【0040】一方、改質に必要な水供給量W1が、冷却
に必要な水量W2を上回っている場合、ポンプ34から
は改質に必要な水供給量W1が供給される。従って、イ
ンジェクタ33で噴射されるのは、供給された水の一部
のみである。噴射されない残りの水は、圧力室35の内
圧を上げるよう作用するから、保圧弁36を開弁させ
る。結果として、ポンプ34から供給された水は、一部
が噴射室32で気化され、残りが保圧弁36から漏れだ
して改質部20に供給される。従って、改質に必要な水
供給量W1は、設定通り確保される。
On the other hand, when the water supply amount W1 required for reforming exceeds the water amount W2 required for cooling, the water supply amount W1 required for reforming is supplied from the pump 34. Therefore, only a part of the supplied water is injected by the injector 33. The remaining water that is not jetted acts to raise the internal pressure of the pressure chamber 35, so the pressure holding valve 36 is opened. As a result, part of the water supplied from the pump 34 is vaporized in the injection chamber 32, and the rest leaks from the pressure holding valve 36 and is supplied to the reforming section 20. Therefore, the water supply amount W1 required for reforming is secured as set.

【0041】第2実施例によれば、第1実施例の効果に
加えて、温度制御と改質に必要な水量の制御とを両立さ
せることができる。従って、改質反応を安定して生じさ
せ、要求水素量を精度良く生成することができるととも
に、水蒸気量の不足によるカーボン析出をより抑制する
ことができる。また、第2実施例では、圧力室35を設
けることにより、インジェクタ33への供給圧力を安定
化させることができ、噴射制御の精度、応答性を向上す
ることができる利点もある。
According to the second embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, it is possible to achieve both temperature control and control of the amount of water required for reforming. Therefore, the reforming reaction can be stably generated, the required hydrogen amount can be accurately generated, and the carbon deposition due to the insufficient amount of water vapor can be further suppressed. Further, in the second embodiment, by providing the pressure chamber 35, it is possible to stabilize the supply pressure to the injector 33, and there is an advantage that the accuracy and response of injection control can be improved.

【0042】C.第3実施例:図4は第3実施例として
の冷却機の概略構成を示す断面図である。第1実施例
(図1)における冷却機30に代えて適用可能な構成を
例示した。
C. Third Embodiment: FIG. 4 is a sectional view showing a schematic configuration of a cooler as a third embodiment. The configuration applicable instead of the cooler 30 in the first embodiment (FIG. 1) has been illustrated.

【0043】第3実施例としての冷却機130は、改質
ガスの流路131と、噴霧室132およびインジェクタ
133を備える点では、第1実施例と共通する。第3実
施例では、流路131と噴霧室132とを仕切る壁に沿
って、浸透部材134が配置されている点で第1実施例
と相違する。浸透部材134とは、噴射された液体が表
面張力によって浸透する部材である。例えば、金網、焼
結金属、多孔室体、溝その他のウィックを適用すること
ができる。浸透するための細孔径は、冷媒の種類、噴射
量、温度などに応じ、十分な拡散性を確保できるよう任
意に設定可能である。
The cooler 130 as the third embodiment is similar to the first embodiment in that it includes a reformed gas passage 131, a spray chamber 132 and an injector 133. The third embodiment differs from the first embodiment in that the permeation member 134 is arranged along the wall that divides the flow path 131 and the spray chamber 132. The permeation member 134 is a member into which the ejected liquid permeates due to surface tension. For example, a wire mesh, a sintered metal, a porous chamber body, a groove, or another wick can be applied. The pore diameter for permeation can be arbitrarily set depending on the type of the refrigerant, the injection amount, the temperature, etc. so as to ensure sufficient diffusivity.

【0044】第3実施例の冷却機130によれば、浸透
部材134によって、冷媒を広範囲に拡散させることが
でき、効率的な冷却を行うことができる。また、浸透部
材134の作用により、冷媒の液だれを抑制することが
できるため、インジェクタ133の位置、噴射方向など
の設計自由度が向上する利点もある。
According to the cooler 130 of the third embodiment, the permeating member 134 allows the refrigerant to be diffused in a wide range, so that efficient cooling can be performed. In addition, since the dripping of the refrigerant can be suppressed by the action of the permeation member 134, there is an advantage that the degree of freedom in designing the position of the injector 133, the injection direction, and the like is improved.

【0045】浸透部材134の細孔に浸透する過程で、
冷媒を微細化することができるため、噴射した場合と同
様、高い応答性で安定して冷媒を気化させることができ
る。従って、第3実施例では、冷媒を噴射する場合を例
示したが、必ずしも微細な液的にして供給する必要はな
い。
In the process of permeating the pores of the permeation member 134,
Since the refrigerant can be miniaturized, the refrigerant can be stably vaporized with high responsiveness as in the case of injection. Therefore, in the third embodiment, the case of injecting the refrigerant has been illustrated, but it is not always necessary to supply the refrigerant in the form of fine liquid.

【0046】浸透部材134を設けることにより、冷媒
の噴射が困難な部位も冷却することができる。図5は変
形例としての冷却機の構造を示す断面斜視図である。左
右対称面で切断した場合の内部構造を斜視図によって示
した。また、形状の把握を助けるため、A−A断面につ
いて平面図を下方に示した。
By providing the permeation member 134, it is possible to cool the portion where it is difficult to inject the refrigerant. FIG. 5 is a sectional perspective view showing the structure of a cooling machine as a modified example. The internal structure when cut along the plane of symmetry is shown by a perspective view. In addition, a plan view of the AA cross section is shown below in order to help grasp the shape.

【0047】変形例の冷却機230は、いわゆるチュー
ブ・フィン型の熱交換機として構成されている。冷却対
象である改質ガスの流路231には、熱交換用に円形断
面のチューブ236が設けられている。このチューブ2
36には、円形断面の熱交換フィン232が取り付けら
れている。図示する通り、改質ガスは、この熱交換フィ
ン232の間を縫うようにして流れ、冷却される。
The cooling machine 230 of the modification is constructed as a so-called tube-fin type heat exchanger. A tube 236 having a circular cross section is provided for heat exchange in the flow path 231 of the reformed gas to be cooled. This tube 2
A heat exchange fin 232 having a circular cross section is attached to 36. As shown in the drawing, the reformed gas is sewn between the heat exchange fins 232 and cooled.

【0048】チューブ236の内面および流路231の
上面には、図4で説明したのと同様の浸透部材234が
設けられている。インジェクタ233から噴射室235
に噴射された水は、この浸透部材234に浸透し、流路
231の上面およびチューブ236の内面に行き渡る。
この結果、それぞれの部位で冷却が行われるとともに、
水が気化する。気化された水は、上方の噴射室235お
よび下方の水蒸気流路237を通って外部に排出され
る。
On the inner surface of the tube 236 and the upper surface of the flow path 231, the permeation member 234 similar to that described in FIG. 4 is provided. From the injector 233 to the injection chamber 235
The water sprayed onto the permeation member 234 permeates the permeation member 234 and reaches the upper surface of the flow path 231 and the inner surface of the tube 236.
As a result, cooling is performed at each part,
The water vaporizes. The vaporized water is discharged to the outside through the upper injection chamber 235 and the lower water vapor passage 237.

【0049】浸透部材を用いることにより、変形例に示
した複雑な形状であっても、広汎に冷媒を浸透させるこ
とができ、冷却の応答性、安定性を向上することができ
る。変形例では、チューブ・フィン型の冷却機を例示し
たが、浸透部材を用いた構造は、その他、積層型熱交換
機など種々のタイプの熱交換機に有用である。
By using the permeating member, it is possible to permeate the refrigerant extensively even with the complicated shape shown in the modified example, and the cooling response and stability can be improved. In the modification, the tube-fin type cooler is illustrated, but the structure using the permeation member is also useful for various types of heat exchangers such as a laminated heat exchanger.

【0050】図6は第3実施例の変形例としての冷却機
の構造を示す断面斜視図である。左右対称面で切断した
状態を斜視図で示した。インジェクタは図示を省略し
た。
FIG. 6 is a sectional perspective view showing the structure of a cooling machine as a modification of the third embodiment. A perspective view shows a state of being cut along a plane of symmetry. Illustration of the injector is omitted.

【0051】変形例の冷却機430は、浸透部材を用い
たチューブ型の熱交換機を一体的な構成で実現したもの
である。ハニカムで構成された改質ガスの流路を備える
本体431には、図示する通り、熱交換用の孔437が
貫通している。孔437の内面および本体の一面には浸
透部材434が接合されている。水の噴射は、浸透部材
が備えられている面(図中の上面)に対して行われる。
The cooling machine 430 of the modified example is realized by a tube type heat exchanger using an infiltration member with an integral structure. As shown in the figure, a hole 437 for heat exchange penetrates through the main body 431 having a reformed gas flow path formed of a honeycomb. The permeation member 434 is joined to the inner surface of the hole 437 and one surface of the main body. The injection of water is performed on the surface provided with the permeation member (the upper surface in the figure).

【0052】かかる構成でも、第3実施例と同様の冷却
を実現することができる。変形例においては、ハニカム
にCO酸化部、シフト部と同様の触媒を担持させてもよ
い。こうすることで、反応器を冷却する機構として構成
することも可能である。かかる構成によれば、冷却を効
率的に行うことにより、触媒の利用率を向上させること
ができ、1/3程度にまで装置全体の小型化を図ること
が可能となる。
With this structure, the same cooling as that of the third embodiment can be realized. In a modification, the same catalyst as the CO oxidation part and the shift part may be supported on the honeycomb. By doing so, it is also possible to configure as a mechanism for cooling the reactor. According to such a configuration, the efficiency of the catalyst can be improved by efficiently performing the cooling, and the size of the entire apparatus can be reduced to about 1/3.

【0053】D.第4実施例:図7は第4実施例として
の冷却機の構造を示す断面斜視図である。左右対称面で
切断した内部構造を斜視図で示した。
D. Fourth Embodiment: FIG. 7 is a cross-sectional perspective view showing the structure of a cooler as a fourth embodiment. The internal structure cut along the plane of symmetry is shown in a perspective view.

【0054】第4実施例の冷却機330は、チューブ・
フィン型の熱交換機として構成されている。先に変形例
(図5)で説明したと同様、改質ガスの流路331に
は、熱交換用のフィンを備えたチューブ337が設けら
れている。冷却機330は、変形例(図5)と異なり、
チューブ337の内面および流路331の上面には浸透
部材が設けられていない。代わりに、チューブ737
は、熱を輸送するための熱媒体が充填されている。この
熱媒体としては、水、油などを用いることができるが、
容易に沸騰しない物質を選択することが好ましい。流路
331の上面と噴射室335との間には、熱交換室33
6が設けられている。この内部は、真空としたり、不活
性ガスを充填等することが好ましい。噴射室335と熱
交換室336との間には、浸透部材334が設けられて
いる。
The cooler 330 of the fourth embodiment is a tube
It is configured as a fin type heat exchanger. As described in the modification (FIG. 5), the reformed gas passage 331 is provided with the tube 337 having fins for heat exchange. The cooler 330 is different from the modification (FIG. 5),
No permeation member is provided on the inner surface of the tube 337 and the upper surface of the flow path 331. Instead of tube 737
Are filled with a heating medium for transporting heat. As the heat medium, water, oil or the like can be used,
It is preferable to select a substance that does not boil easily. The heat exchange chamber 33 is provided between the upper surface of the flow path 331 and the injection chamber 335.
6 is provided. It is preferable that the inside is vacuumed or filled with an inert gas. A penetrating member 334 is provided between the injection chamber 335 and the heat exchange chamber 336.

【0055】インジェクタ333から噴射された水は、
浸透部材334に浸透し、熱交換室336を冷却し、間
接的にチューブ737の熱媒体を冷却する。改質ガス
は、フィンを介して熱媒体と熱交換することにより、冷
却される。
The water sprayed from the injector 333 is
It permeates the permeation member 334, cools the heat exchange chamber 336, and indirectly cools the heat medium of the tube 737. The reformed gas is cooled by exchanging heat with the heat medium via the fins.

【0056】第4実施例によれば、チューブ737の内
部に熱媒体を充填することにより、ヒートサイホンまた
はヒートパイプとして機能し、全体の温度の均一化を図
ることができる。
According to the fourth embodiment, by filling the inside of the tube 737 with the heat medium, it functions as a heat siphon or a heat pipe, and it is possible to make the overall temperature uniform.

【0057】第4実施例の構成では、改質ガスの流路3
31に触媒を担持させることができる。シフト部および
CO酸化部は、反応時に冷却が必要とされる場合があ
り、第4実施例の冷却機330は、触媒を担持させるこ
とによて、これらの反応器として構成することもでき
る。第4実施例の構成によれば、反応器内の温度の均一
化を図ることができ、触媒を均一に利用することができ
るとともに、反応の安定化を図ることができる。更に、
これらの効果に基づき、反応器の小型化を図ることがで
きる利点もある。
In the configuration of the fourth embodiment, the reformed gas passage 3
A catalyst can be supported on 31. The shift section and the CO oxidation section may need to be cooled during the reaction, and the cooler 330 of the fourth embodiment can be configured as these reactors by supporting a catalyst. According to the configuration of the fourth embodiment, the temperature in the reactor can be made uniform, the catalyst can be used uniformly, and the reaction can be stabilized. Furthermore,
Based on these effects, there is also an advantage that the reactor can be downsized.

【0058】第4実施例においても、浸透部材を利用し
ているため、冷媒を噴射する場合を例示したが、必ずし
も微細な液的にして供給する必要はない。逆に、微細化
して水を噴射するのであれば、第4実施例において、浸
透部材を省略した構成を採ることも可能である。
Also in the fourth embodiment, since the permeating member is used, the case of injecting the refrigerant has been illustrated, but it is not always necessary to supply it as a fine liquid. On the contrary, in the case where the water is sprayed by atomizing, it is possible to adopt a configuration in which the penetrating member is omitted in the fourth embodiment.

【0059】図8は第4実施例の変形例としての冷却機
の断面図である。いわゆるドローンカップ積層型の熱交
換機として構成した場合を例示する。かかる構成は、プ
レスとロウ接着により大量生産が可能となる利点があ
る。変形例は、冷却機単体として構成することも可能で
はあるが、ここではCO酸化部の冷却機構として構成し
た場合について説明する。
FIG. 8 is a sectional view of a cooling machine as a modification of the fourth embodiment. The case where it is configured as a so-called drone cup laminated type heat exchanger will be exemplified. Such a structure has an advantage that mass production is possible by pressing and brazing. Although the modified example can be configured as a single cooling device, here, a case where it is configured as a cooling mechanism for the CO oxidation unit will be described.

【0060】冷却機530は、改質ガスの流路になると
ともにCO酸化反応の反応部ともなるハニカム531を
有している。ハニカム531には、CO酸化反応に適し
た触媒が担持されており、改質ガスが、紙面を貫通する
方向に流れることにより反応が生じる。
The cooler 530 has a honeycomb 531 that serves as a flow path for the reformed gas and also serves as a reaction portion for the CO oxidation reaction. A catalyst suitable for the CO oxidation reaction is carried on the honeycomb 531 and the reaction occurs when the reformed gas flows in a direction penetrating the paper surface.

【0061】ハニカム531の周囲は水、油等の熱媒体
が充填されている。熱媒体の上方は、当初は真空となっ
ており、CO酸化反応が始まると、熱媒体の蒸気で充満
される。この蒸気は、図中に示す循環路534を矢印の
方向に流れる。この循環路534の上方には噴射室53
2が設けられ、インジェクタ533から水が噴射され
る。熱媒体の蒸気は、ここで冷却され、再び液化してハ
ニカム531を冷却する。
The periphery of the honeycomb 531 is filled with a heat medium such as water or oil. The upper part of the heat medium is initially in a vacuum state, and when the CO oxidation reaction starts, it is filled with the vapor of the heat medium. This steam flows in the direction of the arrow through the circulation path 534 shown in the figure. The injection chamber 53 is provided above the circulation path 534.
2 is provided, and water is injected from the injector 533. The vapor of the heat medium is cooled here, and is liquefied again to cool the honeycomb 531.

【0062】インジェクタからの噴射量は、ハニカム5
31の温度、ここから排出されるガスの温度などに基づ
いて制御することも可能ではあるが、変形例では、これ
らの温度に関連したパラメータとして循環路534の内
部圧力を用いるものとした。図示する通り、循環路53
4には、圧力センサ535が設けられており、ここで検
出される圧力が目標値となるよう制御するのである。圧
力が高い場合には、熱倍の蒸発が激しい、即ち、冷却が
足りないことを意味しているため、噴射量を増大する。
逆の場合には、噴射量を低減させる。本実施例では、例
えば、圧力を200KPaに制御することによって、熱
倍部を約120℃で均一にすることができた。噴射量の
制御には、このように温度に関与した種々のパラメータ
を適用可能である点については、他の実施例でも同様で
ある。
The injection amount from the injector is the honeycomb 5
Although it is possible to perform control based on the temperature of 31, the temperature of the gas discharged from here, etc., in the modified example, the internal pressure of the circulation path 534 is used as a parameter related to these temperatures. As shown, circuit 53
4 is provided with a pressure sensor 535, which controls the pressure detected here to a target value. When the pressure is high, it means that evaporation of heat is severe, that is, cooling is insufficient, so that the injection amount is increased.
In the opposite case, the injection amount is reduced. In this example, by controlling the pressure to 200 KPa, for example, the heat doubling part could be made uniform at about 120 ° C. The fact that various parameters related to the temperature can be applied to the control of the injection amount is the same in the other embodiments.

【0063】E.第5実施例:図9は第5実施例として
の水素生成装置の概略構成を示す説明図である。第2実
施例(図2)の構成において、改質部20とCO酸化部
50との間の構成のみを示した。また、制御ユニット7
0の図示は省略した。図9において図示を省略した部分
の構成は、第2実施例(図2)と同様である。
E. Fifth Embodiment: FIG. 9 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a hydrogen generator as a fifth embodiment. In the configuration of the second embodiment (FIG. 2), only the configuration between the reforming section 20 and the CO oxidation section 50 is shown. In addition, the control unit 7
Illustration of 0 is omitted. The configuration of the part not shown in FIG. 9 is similar to that of the second embodiment (FIG. 2).

【0064】第5実施例では、シフト部が高温シフト部
80、低温シフト部90に分かれて設けられている点で
第2実施例と相違する。高温シフト部80は、200〜
450℃の反応温度でシフト反応を行う反応器である。
低温シフト部90は、約200℃でシフト反応を行う反
応器である。両者は、各反応に適した触媒が担持されて
いる。高温シフト部80には、例えば、鉄―クロム触媒
が適用可能である。低温シフト部には、例えば、銅―亜
鉛触媒が適用可能である。
The fifth embodiment differs from the second embodiment in that the shift portion is provided separately for the high temperature shift portion 80 and the low temperature shift portion 90. The high temperature shift unit 80 is 200-
It is a reactor that performs a shift reaction at a reaction temperature of 450 ° C.
The low temperature shift section 90 is a reactor that performs a shift reaction at about 200 ° C. Both of them carry a catalyst suitable for each reaction. For example, an iron-chromium catalyst can be applied to the high temperature shift section 80. For example, a copper-zinc catalyst can be applied to the low temperature shift section.

【0065】高温シフト部80、低温シフト部90に
は、それぞれ改質ガスの流路81、91に沿って噴射室
82,92が設けられている。この噴射室には、インジ
ェクタ83,93から水を噴射することができる。この
冷却機構は、冷却機30と同じ構成である。
The high temperature shift section 80 and the low temperature shift section 90 are provided with injection chambers 82 and 92 along the reformed gas flow paths 81 and 91, respectively. Water can be injected from the injectors 83 and 93 into this injection chamber. This cooling mechanism has the same configuration as the cooler 30.

【0066】冷却機30、高温シフト部80、低温シフ
ト部90のインジェクタ33,83,93には、圧力室
35から並列に水が供給される。また、各噴射室32,
82,92で生成された水蒸気は、合流して加熱部に供
給される。第2実施例と同様、圧力室35の保圧弁36
から排出された水も合流して加熱部に供給される。
Water is supplied in parallel from the pressure chamber 35 to the injectors 33, 83 and 93 of the cooler 30, the high temperature shift section 80 and the low temperature shift section 90. In addition, each injection chamber 32,
The steam generated in 82, 92 merges and is supplied to the heating unit. As in the second embodiment, the pressure holding valve 36 of the pressure chamber 35
The water discharged from the tank is also merged and supplied to the heating unit.

【0067】先に第2実施例で示した冷却機30は、図
9に示すように反応器にも適用可能であるとともに、複
数を並列して設けることもできる。こうすることによ
り、改質部20から排出された改質ガスの温度、各反応
器の温度を個別に高精度、高応答で制御することが可能
である。また、圧力室35および保圧弁36を設けるこ
とにより、第2実施例と同様、反応に必要な水量と温度
制御とを両立させることができる。
The cooler 30 shown in the second embodiment can be applied to a reactor as shown in FIG. 9, and a plurality of coolers can be provided in parallel. By doing so, it is possible to individually control the temperature of the reformed gas discharged from the reforming section 20 and the temperature of each reactor with high accuracy and high response. Further, by providing the pressure chamber 35 and the pressure-holding valve 36, it is possible to achieve both the amount of water necessary for the reaction and the temperature control, as in the second embodiment.

【0068】第5実施例によれば、各反応器の温度制御
の精度を向上することにより、各反応器における触媒の
利用率を向上させることができ、反応器を小型化するこ
とができる利点もある。第5実施例の構成では、高温シ
フト部80,低温シフト部90の体積をそれぞれ1/2
とすることができ、装置全体の体積を約2/3に低減す
ることが可能である。
According to the fifth embodiment, by improving the accuracy of temperature control of each reactor, the utilization rate of the catalyst in each reactor can be improved, and the reactor can be downsized. There is also. In the configuration of the fifth embodiment, the volume of the high temperature shift section 80 and the volume of the low temperature shift section 90 are each halved.
The volume of the entire device can be reduced to about 2/3.

【0069】第5実施例では、実施例の冷却機構をシフ
ト部に適用した場合を例示した。実施例の冷却機構は、
かかる構成のみならず種々の構成に適用可能である。一
例として、メタノールなどのアルコールを原料とする水
素生成装置への適用を考える。一般に、アルコールを原
料とする場合には、一酸化炭素の生成量が比較的少ない
ため、シフト部を省略する場合が多い。例えば、第1実
施例(図1)の構成では、改質部20で生成された改質
ガスは、冷却機30を介してCO酸化部50に供給され
ることになる。この場合、冷却機30を更に省略し、図
9の高温シフト部80のように、CO酸化部50に冷却
機構を設けるものとしてもよい。
In the fifth embodiment, the case where the cooling mechanism of the embodiment is applied to the shift portion is illustrated. The cooling mechanism of the embodiment is
The present invention can be applied not only to this structure but also to various structures. As an example, consider application to a hydrogen generator using alcohol such as methanol as a raw material. In general, when alcohol is used as a raw material, the shift portion is often omitted because the amount of carbon monoxide produced is relatively small. For example, in the configuration of the first embodiment (FIG. 1), the reformed gas generated in the reforming section 20 is supplied to the CO oxidation section 50 via the cooler 30. In this case, the cooler 30 may be further omitted and the CO oxidation unit 50 may be provided with a cooling mechanism like the high temperature shift unit 80 in FIG. 9.

【0070】以上、本発明の種々の実施例について説明
したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣
旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができるこ
とはいうまでもない。実施例では、燃料電池システムの
冷却機としての適用例を示したが、本実施例は、かかる
場合に限らず、種々の加熱体の冷却に適用可能である。
Although various embodiments of the present invention have been described above, it is needless to say that the present invention is not limited to these embodiments and that various configurations can be adopted without departing from the spirit of the invention. In the embodiment, the application example as the cooler of the fuel cell system is shown, but the present embodiment is not limited to such a case, and can be applied to cooling various heating bodies.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】第1実施例としての燃料電池システムの概略構
成を示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system as a first embodiment.

【図2】第2実施例としての燃料電池システムの概略構
成を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system as a second embodiment.

【図3】水供給量制御処理のフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart of a water supply amount control process.

【図4】第3実施例としての冷却機の概略構成を示す断
面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a schematic configuration of a cooling machine as a third embodiment.

【図5】変形例としての冷却機の構造を示す断面斜視図
である。
FIG. 5 is a cross-sectional perspective view showing the structure of a cooling machine as a modified example.

【図6】第3実施例の変形例としての冷却機の構造を示
す断面斜視図である。
FIG. 6 is a sectional perspective view showing the structure of a cooling machine as a modified example of the third embodiment.

【図7】第4実施例としての冷却機の構造を示す断面斜
視図である。
FIG. 7 is a sectional perspective view showing the structure of a cooling machine as a fourth embodiment.

【図8】第4実施例の変形例としての冷却機の断面図で
ある。
FIG. 8 is a sectional view of a cooling machine as a modified example of the fourth embodiment.

【図9】第5実施例としての水素生成装置の概略構成を
示す説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a hydrogen generator as a fifth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…加熱部 20…改質部 30…冷却機 31…流路 32…噴射室 33…インジェクタ 34…ポンプ 35…圧力室 36…保圧弁 40…シフト部 50…CO酸化部 60…燃料電池 61…酸素極 62…水素極 70,70A…制御ユニット 71…温度センサ 80…高温シフト部 90…低温シフト部 81,91…流路 82,92…噴射室 83,93…インジェクタ 130…冷却機 131…流路 132…噴霧室 133…インジェクタ 134…浸透部材 230…冷却機 231…流路 232…熱交換フィン 233…インジェクタ 234…浸透部材 235…噴射室 236…チューブ 237…水蒸気流路 330…冷却機 331…流路 333…インジェクタ 334…浸透部材 335…噴射室 336…熱交換室 337…チューブ 430…冷却機 431…本体 434…浸透部材 437…孔 530…冷却機 531…ハニカム 532…噴射室 533…インジェクタ 534…循環路 535…圧力センサ 737…チューブ 10 ... Heating part 20 ... reforming section 30 ... Cooler 31 ... Channel 32 ... Injection chamber 33 ... Injector 34 ... Pump 35 ... Pressure chamber 36 ... Pressure holding valve 40 ... shift part 50 ... CO oxidation part 60 ... Fuel cell 61 ... oxygen pole 62 ... Hydrogen electrode 70, 70A ... Control unit 71 ... Temperature sensor 80 ... High temperature shift section 90 ... Low temperature shift section 81, 91 ... Channel 82, 92 ... Injection chamber 83, 93 ... Injector 130 ... Cooler 131 ... Channel 132 ... Spraying chamber 133 ... Injector 134 ... Penetration member 230 ... Cooler 231 ... Flow path 232 ... Heat exchange fin 233 ... Injector 234 ... Penetration member 235 ... Injection chamber 236 ... tube 237 ... Water vapor flow path 330 ... Cooler 331 ... Flow path 333 ... Injector 334 ... Penetration member 335 ... Injection chamber 336 ... Heat exchange room 337 ... Tube 430 ... Cooler 431 ... Main body 434 ... Penetration member 437 ... hole 530 ... Cooler 531 ... Honeycomb 532 ... Injection chamber 533 ... Injector 534 ... Circulation path 535 ... Pressure sensor 737 ... tube

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定の原料の改質により水素リッチなガ
スを生成する水素生成装置であって、 前記改質を行う改質部と、 該改質部から排出される改質ガスを冷却する冷却機構と
を備え、 該冷却機構は、 前記改質ガスの流路の外表面に、液体冷媒を噴射する噴
射器と、 前記液体冷媒の噴射量によって前記改質ガスの温度を制
御する制御部とを備える水素生成装置。
1. A hydrogen generator for generating a hydrogen-rich gas by reforming a predetermined raw material, the reforming section performing the reforming, and cooling the reformed gas discharged from the reforming section. A cooling mechanism, wherein the cooling mechanism controls the temperature of the reformed gas by an injector for injecting a liquid refrigerant onto the outer surface of the flow path of the reformed gas, and the injection amount of the liquid refrigerant. And a hydrogen generator comprising.
【請求項2】 所定の原料の改質により水素リッチなガ
スを生成する水素生成装置であって、 前記改質を行う改質部と、 該改質部から排出される改質ガスを冷却する冷却機構と
を備え、 該冷却機構は、 前記改質ガスの流路の少なくとも一部を被覆するととも
に、液体冷媒が浸透可能な浸透部と、 該浸透部に前記液体冷媒を供給する供給部と、 前記液体冷媒の供給量によって前記改質ガスの温度を制
御する制御部とを備える冷却装置。
2. A hydrogen generator for generating a hydrogen-rich gas by reforming a predetermined raw material, the reforming section performing the reforming, and cooling the reformed gas discharged from the reforming section. A cooling mechanism, the cooling mechanism covering at least a part of the flow path of the reformed gas, a permeation section capable of permeating a liquid refrigerant, and a supply section supplying the liquid refrigerant to the permeation section. A cooling unit that controls the temperature of the reformed gas according to the supply amount of the liquid refrigerant.
【請求項3】 請求項1または2記載の水素生成装置で
あって、 前記液体冷媒は水であり、 前記改質部における改質には水蒸気改質が含まれ、 前記冷却機構で生成された水蒸気を前記改質部に供給す
る水蒸気供給機構を備える水素生成装置。
3. The hydrogen generator according to claim 1 or 2, wherein the liquid refrigerant is water, and reforming in the reforming unit includes steam reforming, which is generated by the cooling mechanism. A hydrogen generator comprising a steam supply mechanism for supplying steam to the reforming section.
【請求項4】 請求項3記載の水素生成装置であって、 前記冷却機構に前記液体冷媒として水を供給するための
圧力室を備え、 該圧力室は、 前記冷却機構に前記液体冷媒を供給するための供給口
と、 該供給口とは別に、所定以上の内圧時に水を排出する保
圧弁とを備える水素生成装置。
4. The hydrogen generator according to claim 3, further comprising a pressure chamber for supplying water as the liquid refrigerant to the cooling mechanism, the pressure chamber supplying the liquid refrigerant to the cooling mechanism. A hydrogen generator comprising: a supply port for supplying water and a pressure-holding valve that discharges water when the internal pressure exceeds a predetermined value, separately from the supply port.
【請求項5】 請求項4記載の水素生成装置であって、 前記水蒸気供給機構は、前記保圧弁から排出された水を
併せて前記改質部に供給する水素生成装置。
5. The hydrogen generator according to claim 4, wherein the water vapor supply mechanism supplies the water discharged from the pressure maintaining valve together to the reforming section.
【請求項6】 請求項5記載の水素生成装置であって、 前記圧力室への水の供給量を調整可能な調整機構を備
え、 前記制御部は、前記温度の制御に加えて、前記改質部で
要求される水蒸気量に基づいて前記圧力室への水の供給
量を制御する水素生成装置。
6. The hydrogen generator according to claim 5, further comprising an adjusting mechanism capable of adjusting the amount of water supplied to the pressure chamber, wherein the control unit controls the temperature, and further improves the temperature. A hydrogen generator that controls the amount of water supplied to the pressure chamber based on the amount of water vapor required in the quality part.
【請求項7】 請求項1または2記載の水素生成装置で
あって、 前記改質部の下流には、前記改質ガス中の一酸化炭素と
水蒸気から水素と二酸化炭素を生成させるシフト反応を
行うシフト部を備え、 前記冷却機構の少なくとも一部は、前記改質部とシフト
部の間に設けられている水素生成装置。
7. The hydrogen generator according to claim 1 or 2, wherein a shift reaction for generating hydrogen and carbon dioxide from carbon monoxide and steam in the reformed gas is provided downstream of the reforming section. A hydrogen generator comprising a shift unit for performing, and at least a part of the cooling mechanism is provided between the reforming unit and the shift unit.
【請求項8】 加熱体を液冷する冷却装置であって、 液体冷媒を前記加熱体に噴射する噴射器と、 前記液体冷媒の噴射量によって前記加熱体の温度を制御
する制御部とを備える冷却装置。
8. A cooling device for liquid-cooling a heating body, comprising: an injector for injecting a liquid refrigerant onto the heating body; and a control section for controlling the temperature of the heating body according to an injection amount of the liquid refrigerant. Cooling system.
【請求項9】 加熱体を液冷する冷却装置であって、 前記加熱体の少なくとも一部を被覆するとともに、液体
冷媒が浸透可能な浸透部と、 該浸透部に前記液体冷媒を供給する供給部と、 前記液体冷媒の供給量によって前記加熱体の温度を制御
する制御部とを備える冷却装置。
9. A cooling device for liquid-cooling a heating element, the at least part of the heating element being covered, a permeation section through which a liquid refrigerant can permeate, and a supply for supplying the liquid refrigerant to the permeation section. And a control unit that controls the temperature of the heating element according to the supply amount of the liquid refrigerant.
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